操作系统总复习

试卷题型选择40分填空10分判断10分简答20分解答（计算）20分试卷内容结构绪论、接口约10分处理机管理约40分存储管理约30分IO管理约15分文件管理约5分一、操作系统的概述1、操作系统的基本概念、特征、功能和提供的服务。2、操作系统的发展和操作系统分类3、操作系统运行环境内核态与用户态系统调用4、操作系统的体系结构为什么要采用多道程序设计技术？

提供给用户的接口？提供给程序员的接口？

四大特征？最基本的特征？

什么是分时？什么是实时？

os结构？

二、进程管理（一）进程与线程进程的概念进程的状态与转换进程的控制进程组织进程通信线程概念、多线程模型状态转换图、原因

为什么引入进程?为什么引入线程？

进程的结构，pcb的作用、内容

进程与线程的比较

创建进程的事件，过程

撤销进程的事件，过程

（二）处理机调度

调度的基本概念调度时机、切换与过程进程调度的基本准则进程调度方式进程调度算法调度类型、目标（准则）

调度算法（必须掌握周转时间、平均周转时间、带权周转时间、响应比的计算）

实时调度的特点

（三）进程互斥与同步

进程同步的基本概念实现临界区互斥的基本方法软件实现方法硬件实现方法信号量方法管程方法经典进程互斥与同步问题原语、信号量、临界区、临界资源

信号量值的含义

信号量实现互斥算法

信号量实现前趋图算法

信号量实现三大经典同步问题

（四）死锁死锁的概念、引起死锁的原因死锁处理的策略预防死锁避免死锁：安全状态、银行家算法检测并解除死锁三、内存管理（一）内存管理基础内存管理的概念程序链接与程序装入、逻辑地址与物理地址空间、内存保护交换与覆盖连续存储管理方式非连续存储管理分页式存储管理、分段式存储管理、段页式存储管理。放（Placement），如何放入内存？连续不连续多道固定分区存放多道可变分区存放单道连续存放分页存放分段存放段页式存放放程序的装入与链接

逻辑地址、物理地址

连续分配算法（有哪些、还要理解）

紧凑技术，内零头、外零头

分页技术

页、页框、页表

地址转换

分段和段页（二）虚拟内存管理虚拟内存的基本概念请求分页存储管理页面分配策略固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分配局部置换

页面置换先进先出、最佳置换（OPT）、最近最少使用置换（LRU）和时钟置换算法（Clock）抖动局部性原理

请求分页技术

内存分配策略、物理块分配算法

页面置换算法（要求会计算缺页次数和缺页率）

请求分段五、输入输出（I/O）管理（一）I/O管理概述1、I/O控制方式2、I/O软件层次结构（二）I/O核心子系统1、I/O调度概念2、高速缓冲与缓冲区3、设备分配和回收4、假脱机处理（Spooling）5、出错处理设备、设备控制器、通道

IO控制方式

设备分配过程、数据结构

spooling技术

虚拟设备

磁盘访问时间

磁盘调度算法四、文件管理（一）文件系统基础1、文件概念2、文件的逻辑结构顺序文件、索引顺序文件、索引文件、3、目录结构文件控制块和索引结点、单级目录结构、两级目录结构、树型目录结构、图型目录结构4、文件共享5、文件保护：访问类型、访文控制操作系统概念第一章操作系统引论

操作系统的目标、作用和模型

l

操作系统——是裸机上的第一层软件，它是对硬件系统功能的首次扩充，是填补人与机器之间的鸿沟。用户计算机OS

OS的作用●计算机用户需要的用户命令由OS实现的所有用户命令所构成的集合常被人们称为OS的Interface(用户接口)；有时也称为命令接口。

命令的表示形式： 字符形式：较灵活但因繁琐而难记；

菜单形式：(试图在字符终端上提供友好的用户界面)

图形形式：因直观而易记但不灵活。●应用软件需要的SystemCall(系统调用)

由OS实现的所有系统调用所构成的集合被人们称为程序接口或应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface,API)。操作系统资源管理功能操作系统作为计算机系统资源管理者。1、处理机管理：分配和控制CPU。2、存储器管理：内存分配与回收。3、I/O设备管理：I/O设备的分配与操纵。4、文件管理：文件的存取、共享和保护。操作系统用作扩充机器功能，使其便于使用的机器，这种机器又称为虚拟机。管态和目态管态——当CPU处于管态时可执行包括特权在内的一切机器指令。目态——当CPU处理目态时，不允许执行特权指令。

单道批处理系统1、在内存中仅存一道作业运行，运行结束或出错，才自动调另一道作业运行。2、单道批处理系统主要特征：自动性、顺序性、单道性。3、单道批处理系统主要优点：减少人工操作，解决了作业的自动接续。4、单道批处理系统主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。多道批处理系统一、多道程序的概念：在内存中存放多道作业运行，运行结束或出错，自动调度内存中的另一道作业运行。●多道程序带来的好处：1、提高CPU的利用率。2、提高内存和I/O设备利用率。3、增加系统吞吐率。

分时系统一、分时系统的产生用户需要：人机交互、共享主机、便于用户上机二、分时系统实现的方法简单分时系统具有“前台”和“后台”的分时系统多道分时系统三、分时系统实现中的关键问题：及时接收：实现多个用户的信息及时接收。及时处理：及时控制作业的运行。实时系统●所谓实时系统：是计算机及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致的运行。一、实时系统分为两类

1、实时控制系统

2、实时信息处理系统二、实时任务的类型

1、按任务执行是否为周期性来化分

2、按截止时间来化分操作系统的基本特征现代OS的四个基本特征：1、并发2、共享3、虚拟4、异步并发是最重要的特征，其它特征都以并发为前提。虚拟所谓虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。虚拟处理机：分时实现虚拟设备：SPOOLING技术虚拟存储器：虚拟存储管理实现

异步性异步性——

是指进程以异步的方式执行，进程是以人们不可预知的速度向前推进。

模块化OS结构

(1)模块化结构使用分块结构的系统包含若干module（模块）；其中，每一块实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。块与块之间的相互关系：

-所有各块的实现均可以任意引用其它各块所提供的概念及属性。分层式OS结构

使用分层系统结构包含若干layer（层）；其中，每一层实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。层与层之间的相互关系：

-所有各层的实现不依赖其以上各层所提供的概念及其属性，只依赖其直接下层所提供的概念及属性；

-每一层均对其上各层隐藏其下各层的存在。

微内核OS结构

微核结构设计思想：尽最大努力剔除核心子系统中的多余成份，并把它们移到核外子系统中实现，核心子系统只实现一些必要的简单的概念及其属性，从而保持核心子系统简洁高效。●当前比较流行的、能支持多处理机运行的OS，几乎全部都采用了微内核结构，第二章

进程的描述与控制

一、

相关概念

1、

前趋图——有向无循环的图。表示程序执行的偏序关系。

2、程序的顺序执行——严格按照程序给定的顺序执行，仅当前一个执行结束才执行后一个。

3、

程序的顺序的特征：①顺序性②封闭性③可再现性

4、程序的并发执行——是指两个或两个以上程序段在执行的时间上是重叠的，即使这种重叠只有一小部分，则称这些程序为共行执行。5、程序并发执行的特征：①间断性②失去封闭性③不可再现性二、

进程的基本概念

1、进程的定义——可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。

2、进程的基本特征①

动态性②

并发性③

独立性④

异步性⑤

结构特征

3、进程的基本状态及其转变进程的三种基本状态及其转换

带有挂起状态进程五状态转换图

4、

进程控制块——描述和控制进程运行，系统为每个进程定义的一个数据结构。①

进程控制块的内容②

进程控制块的作用③

进程控制块的组织方式三、

进程控制1、进程管理进程图：表明进程的创建关系，创建的进程和被创建的进程可以并发执行。2、引起进程创建的原因①用户登录：为终端用户建立进程。②作业调度：选中的作业建立进程。③提供服务：为用户提供的服务进程。例如：I/O进程等。④应用请求：应用程序自己创建的进程。3、原语：由若干条指令构成，用于完成一定功能的一个过程。4、原子操作（原子性）：一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做。是一个不可分割的操作。四、进程组织

进程控制块的组织方式1）链接方式把具有同一状态的PCB，用其中的链接字链接成一个队列。2）索引方式系统根据所有进程的状态建立几张索引表。1）链接方式2）索引方式5、

线程的基本概念（1）线程：一个被调度和分派的基本单位并可独立运行的实体。（2）线程分类：①内核支持线程：依赖于内核进行控制和管理。②用户级线程：在用户级创建、撤消和切换。（3）在引入线程的O.S系统中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源的拥有的基本单位。（4）在同一进程中的线程切换不会引起进程切换。（5）在不同一进程中的线程切换会引起进程切换。线程状态(1)线程的状态有:执行状态、运行状态、就绪状态等。(2)在线程切换时保存的线程信息:①一个执行栈。②每个线程静态存储局部变量。③对存储器和其进程资源的访问，并与该进程中的其他线程共享这些资源。注意（一）:1、在单线程进程模型中，包括它的进程控制块和用户地址空间，以及用户栈和内核栈。2、在多线程环境中，仍然有一个与进程相关联的进程控制块和用户地址空间，但是每个线程都有一个独立的栈和独立的控制块，包含寄存器值。优先级和其他与线程相关的状态信息。3、进程中的所有线程共享该进程的状态和资源，它们驻留在同一块地址空间中，并且可以访问到相同的数据。4、线程阻塞不会引起进程阻塞。注意（二）:5.

在同一进程中的线程切换不会引起进程切换。6.在不同一进程中的线程切换会引起进程切换。图示：单线程和多线程模式

五、进程同步的基本概念1、进程的相互制约①间接相互制约——资源共享引起②

直接相互制约——相互合作引起2、临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。3、临界区：访问临界资源的那段代码称为临界区。4、同步机制应遵循的准则：①空闲让进——

充分利用资源②忙则等待——

保证同步与互斥③有限等待————

防止陷入“死等”④让权等待——

防止陷入“忙等”

互斥与同步的解决策略互斥与同步的解决方法:软件方法、硬件方法、信号量方法、管程的方法。软件方法是指由进程通过执行相应的程序指令，实现与其他进程的互斥与同步。很难正确控制进程间的同步与互斥，而且大幅度增加系统的开销。硬件方法是指通过屏蔽中断（单CPU）或采用专门的机器指令控制互斥与同步。由于太强的硬件约束条件可能导致进程的饥饿与死锁现象。专用机器指令：TestandSet和ExchangeInstruction信号量机制

1、经典信号量——表示资源的物理实体。

2、记录型信号量——更有效的利用资源，解决忙等的问题。

3、AND型信号量机制——防止系统出现不安全性。①AND型信号量机制的概念化②Swait操作（SP操作）③Ssignal操作（SV操作）

4、信号量应用实例①互斥②前趋③同步经典进程的同步问题

生产者一消费者问题MMMMMMP1P2PnC1C2CninoutVarmutex，empty，full：semaphore：=1，n，0；

buffer：array[0，…，n-1]ofitem；

in，out：integer：＝0，0；

beginparbeginproceducer：beginrepeat┇produceranitemnextp；┇

wait（empty）；

wait（mutex）；

buffer（in）：=nextp；

in：=（in十1）modn；

signal（mutex）；

signal（full）；

unti1false；

end

consumer：beginrepeatwait(full);wait（mutex）；

nextc：=buffer(out)；

out：=（out十1）modn;signal（mutex）；

signal（empty）；

consumertheiteminnextc;untilfalse；

endparendend互斥与同步解决方法:管程虽然信号量机制是一种既方便、又有效的进程同步机制，但每个要访问临界资源的进程都必须自备同步操作wait（S）和signal（s）。这就使大量的同步操作分散在各个进程中。这不仅给系统的管理带来了麻烦，而且还会因同步操作的使用不当而导致系统死锁。这样，在解决上述问题的过程中，便产生了一种新的进程同步工具——管程。管程的定义当共享资源用共享数据结构表示时，资源管理程序可用对该数据结构进行操作的一组过程来表示(例如，资源的请求和释放过程request和release)，我们把这样一组相关的数据结构和过程一并称为管程。Hansan为管程所下的定义是：“一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据”。管程的主要特点：局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问。一个进程通过调用管程的一个过程进入管程。在任何时候，只能有一个进程在管程中执行，调用管程的任何其他进程都被挂起，以等待管程变成可用的。管程必须包含同步工具为进行并发处理，管程必须包含同步工具。例如，假设一个进程调用了管程，它在管程中时，不能执行,须被挂起，直到满足某些条件时才恢复。这就需要一种机制，使得该进程不仅被挂起，而且能释放这个管程，以便某些别的进程可以进入。以后，当条件满足并且管程再次可用时，需要恢复该进程并允许它在挂起点重新进入管程。管程操作函数管程通过使用条件变量提供对同步的支持，这些条件变量包含在管程中，并且只有在管程中才能被访问。有两个函数可以操作条件变量：①cwait(c)：调用进程的执行在条件c上挂起，管程现在可被另一个进程使用。②csignal(c)：恢复在cwait之后为某些条件而挂起的进程的执行。如果有多个这样的进程，选择其中一个；如果没有这样的进程，什么也不做。六、进程通信

进程通信的类型：低级通信和高级通信(1)高级通信方式：①共享存储器系统：共享数据结构、共享存储器区通信方式②消息传递系统：直接通信方式——通过收发原语间接通信方式——通过信箱实现信息交换③管道通信（2）管道通信具有三方面的协调能力：①双方同时存在②

同步关系③

互斥使用管道第三章

调度与死锁一、调度的类型

1、高级调度

2、

低级调度：非抢占式、抢占式抢占式原则：时间片原则、优先权原则、短作业优先原则

3、

中级调度二、面向用户的准则1、

周转时间短：平均周转时间、平均带权周转时间2、

响应时间快3、

截止时间的保证4、

优先权准则

三、面向系统的准则1、

系统的吞吐量2、

CPU的利用率好3、

各类资源平衡使用调度的算法1、

先来先服务调度的算法2、

短作业优先调度的算法3、

时间片轮转调度的算法（分时）或简单轮转调度的算法4、

优先权调度的算法：非抢占式、抢占式①静态优先权

②动态优先权5、

响应比高者优先调度的算法：

RP=1+等待时间/服务时间6、多级队列调度算法：例如，前台、后台7、多级反馈队列调度算法实时系统的调度算法

在实时系统中，广泛采用抢占式调度方式

死锁的基本概念1、

何谓死锁？2、产生死锁原因：①

竞争资源②

推进顺序不当3、产生死锁的必要条件①互斥②请求和保持③不剥夺④环路等待条件

4、处理死锁的基本方法①预防死锁：设置某些限制条件，破坏四个条件。②

避免死锁：资源动态分配，防止进入不安全状态。

③检测死锁：设置检查机构，定时检查系统是否出现死锁。④解除死锁：已出现死锁。第四章

存储器管理

一、程序的装入

1、绝对装入方式直接用物理地址编制程序。

2、可重定位装入方式（静态重定位）

重定位——把在装入时对目标程序中的指令和数据地址的修改过程称为重定位。

3、动态运行时装入方式（动态重定位）

作业在存储空间的位置，也是装入时确定的，但在作业运行过程中，每次存访内存之前，将程序的地址（逻辑地址）变为内存的物理地址。这种变换是依靠硬件地址变换机构、自动连续实施，这样程序在内存的地址是可变的，可申请临时空间。二、程序的链接1、

静态链接——事先进行链接，以后不再拆开的链接方式，称为静态链接。2、

装入时动态链接——编译后的目标模块，是在装入内存时，边装入，边链接的。3、运行时动态链接——将某些目标模块的链接推迟到执行时才进行，即在执行过程中，若发现一个被调用模块尚未装入内存时，再由操作系统去找到该模块，将它装入内存，并把它链接到调用者模块上。4、静态链接需要共享目标模块的拷贝，而动态链接不需要共享目标模块的拷贝。三、连续分配存储管理方式1、固定式分区2、动态分区分配——根据用户实际需要，动态的分配连续空间。拼接技术3、动态重定位分区分配——采用动态重定位技术的分区分配。紧凑技术4、

多重定位分区分配——可为一个作业分多个区。四、分区管理的算法1、首次适应算法：每个空白区按地址顺序链接在一起，表头指向第一个空白区。2、

循环首次适应算法：将空白区构成循环链表。表头指向当前开始查找的第一个空白区。3、

最佳适应算法：空白区按尺寸大小递增顺序构成队列。表头指向第一个空白区。4、最差适应算法五、对换技术（交换技术）

就是将主存中的信息以文件的形式写入到辅存，接着将指定的信息从辅存读入主存，并将控制转给它，让其在系统上运行。五、覆盖技术什么叫覆盖？什么叫覆盖段？什么叫覆盖区？覆盖技术示意图采用覆盖技术可以实现小空间运行大作业。六、分页存储器管理1、在分页存储管理方式中，一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面。内存空间也分成与页相同大小的存储块，并将进程的每一个页面离散地存储在内存的任一物理块中，建立相应的页表，由系统实现进程的正确运行。2、快表——为了提高地址变换速度，可在地址变换机构中，增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲存储器，称为快表。七、分段存储管理①在分段存储管理方式中，一个作业的地址空间分成若干个段，每一段定义了一组逻辑信息，则为每个段分配连续的分区，而进程中的各段可以离散地存储在内存中不同的分区中，建立相应的段表，由系统实现进程的正确运行。

②分页与分段存储管理的区别？八、段页式管理（1）

基本思想（2）地址变换机构

虚拟存储管理1、虚拟存储器的概念？

使用虚拟存储管理技术，用户将会感觉到系统的内存空间比实际内存大。系统的可用内存空间并非计算机系统中的实际物理内存，它包含物理内存及一部分磁盘空间。习惯上，人们把这种用户感觉上存在但实际上并不存在的内存称为虚拟内存。注意：

虚拟存储的特性交换性:对换性是指作业的运行过程中进行换进、换出，换进和换出能有效地提高内存利用率。多次性:多次性是指一个作业被分成多次调入内存运行，在作业运行时只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；当要运行时尚未调入的那部分程序时，再将它调入。虚拟性虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。以CPU时间与外存空间换取昂贵内存空间，这是操作系统中的资源转换技术2、

请求分页存储管理方式基本思想

在请求分页存储管理方式中，不限定把进程的整个地址空间全部装入主存，而只要求把当前需要的一部分装入主存，由系统实现进程的正确运行，其它的页面当需要时才去调用。这样实现了主存的“扩充”。地址变换机构(3)页面的管理：①页面调入策略●请求式调页●预先调页②页面置换算法：

●FIFO

●最近最久不用页面置换算法LRU3、系统抖动？3、

请求分段存储管理方式（1）基本思想在请求分段存储管理方式中，把作业的所有分段的副本保存在辅存中，当其运行时，只要求把当前需要的一段或数段装入主存，其它的段当需要时才装入，由系统实现进程的正确运行。这样实现了主存的“扩充”。（2）地址变换机构

分段保护：越界检查（段长值）存取控制检查第五章

设备管理一、I/O系统的组成

1、I/O系统的结构（1）

设备①独占设备——在一段时间内只允许一个用户访问的设备。②共享设备——在一段时间内允许多个用户访问的设备。③虚拟设备——将一台独占物理设备变换为若干台逻辑设备。（2）设备控制器①是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作。②设备控制器是可编址设备。当用于控制多台设备时，则具有多个地址。（3）通道

●通道控制方式的引入①DMA方式显著地减少了CPU的干预。②当CPU要完成一组相关的读（或写）操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条I／O指令。③通道接到该指令后，通过执行通道程序便可完成CPU指定的I／O任务。④可实现CPU、通道和I／O设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。⑤而当我们需要一次去读多个数据块且将它们分别传送到不同的内存区域，或者相反时；则须由CPU分别发出多条I／O指令及进行多次中断处理，才能完成。●通道分类：①字节多路通道②数组选择通道——按数组方式进行数据传送，但在一段时间内只能为一台设备占用，执行一道通道程序。③数组多路通道——按数组方式进行数据传送，但能为多台设备占用，高速的进行数据传送。二、

I/O控制方式1、程序I/O方式（查询方式）2、中断驱动方式3、DMA方式通道是通过执行通道程序，并与设备控制器共同实现对I／O设备的控制的。通道程序是由一系列通道指令（或称为通道命令）所构成的。通道又称为特殊的处理机。三、缓冲管理●

引入缓冲原因（1）缓和CPU与I／O设备间速度不匹配的矛盾。（2）减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。（3）提高CPU和I／O设备之间的并行性。例如：

单缓冲、

双缓冲、

循环缓冲、

缓冲池缓冲技术是以空间换取时间，而且只能在设备使用不均衡时起到平滑作用。四、设备分配设备管理是通过一些数据结构来实现对其设备进行管理和控制的。1、

设备控制表、通道控制表、系统设备表、控制器控制表2、设备分配中应考虑的若干因素（1）设备的固有属性：独享设备、共享设备、虚拟设备（2）设备分配算法：FIFO、优先级高者优先（3）设备分配中的安全性3、设备固有属性不同，其分配算法不同4、SPOOLING技术可将一台物理设备虚拟为多台逻辑设备，可为多个用户所共享。

SPOOLing技术的核心思想是：在快速辅助存储设备中建立I/O缓冲区用于缓存从慢速输入设备流入内存的数据或缓存从内存流向慢速输出设备的数据。五、设备处理1、设